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彩色立体显示关键技术研究

作　者: 梁发云
导　师: 邓善熙
学　校: 合肥工业大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 立体显示视差亚屏幕动态装配法立体度视觉特性
分类号: TN27
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

追求色彩丰富、视野广阔、画面真实、有临场感及浸入感,是显示技术研究永恒的主题。裸眼立体显示技术是未来显示领域的重要发展方向,它与立体视觉技术相结合,可以客观、真实地显示立体场景,且由于不需要配戴复杂的助视装备,使用起来很方便,在许多领域有着潜在的巨大应用。本论文的研究重点在于解决基于TFT LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display,薄膜晶体管液晶显示器)的裸眼立体显示器的光学原理及其关键技术。裸眼立体显示器的研究涉及视觉生理学、立体视觉、液晶技术、视频技术、光学技术、测量技术等多学科的知识,课题涉及面广,实践性很强。裸眼立体显示技术的实现机理是论文研究的关键问题之一。立体显示技术是建立在人类双眼立体视觉机制基础之上的人机混合系统,是与人的正常视觉分不开的。笔者结合立体视觉几何模型,以光线出射的简易模型研究了裸眼立体显示器的视图分离机制,仿真计算了照明光线的光路分布图,并以此为基础计算确定了照明板的关键参数。根据视图分离光路分布图计算所得的关键参数,设计和加工了胶片光栅,以微小的代价和巧妙的方法设计了原理研究中的光学照明板,并以此照明板组装了第一台试验样机,通过试验证明了设计参数的正确性。进一步研制了可控式的电子照明板,实现2D利3D显示模式的自由选择。国际上有同类研究的经验,而在我国本土设计制造成功,意味着裸眼立体显示器研究获得了重要突破,也是在国内研制的第一台裸眼立体显示器。照明板与液晶盒(TFT LCD cell)、背光模组装配在一起组成独立的光学元件,即立体显示液晶屏,需要高精度的装配工艺来保证显示质量,笔者研究了一种适合实验室条件下的高精度装配方法-“动态装配法”,使人工精密安装成为可能,节约了设备开支。该方法也适合于小批量的立体液晶屏生产。研究了裸眼立体显示器亚屏幕分区、虚拟屏幕和独立视区概念;与亚屏幕分区相适应的立体图像和视频源的规定格式;根据立体视图的格式得出视图变换的方法;研究了立体视频的兼容性问题;编写了静态立体对图像显示软件。提出“立体度”作为立体显示效果的度量参数,把传统的以“线”和“面”亮度测试的方法提高到“点”测试,改进了测试方法;研究了立体度的意义,讨论了裸眼立体显示器立体度量值的范围。这个评价方法适用于基于视差原理的任意类型的裸眼立体显示器的测量与评定。研制了复合坐标定位系统专门用于裸眼立体显示器视觉特性的参量。复合坐标系可以在所有的观看区域进行CCD(charge Coupled Device,电荷耦合器件)平面定位和方向定位。这个定位系统符合裸眼立体显示器视觉特性的测量要求,进一步设计后可以达到更小的步进值,以便于自动化测量,提高立体度测试和视觉特性测试的效率。完成了裸眼立体显示器视觉特性的测量试验,使用复合坐标定位系统和立体度测

全文目录

第一章绪论  21-31
  1．1 引言  21
  1．2 立体显示技术的发展历史  21-23
  1．3 基于 TFT LCD的裸眼立体显示技术  23-25
  1．4 基于平板立体显示技术的国内外研究现状  25-28
  1．5 立体显示技术的应用  28
  1．6 本论文研究的主要内容  28-29
  1．7 论文的结构安排  29-30
  1．8 论文研究的意义  30-31
第二章立体视觉基础知识及相关理论  31-47
  2．1 双眼视野  31-32
  2．2 视差  32-34
  2．3 立体视觉机制  34-36
  2．4 立体视觉的深度线索  36-41
    2．4．1 深度线索的生理因素  36-37
    2．4．2 随机点立体图的三维认知  37-40
    2．4．3 深度线索的心理线索  40-41
  2．5 平面图的视觉表达谬误  41-43
  2．6 液品显示器( TFT LCD)  43-46
    2．6．1 液晶显示器发展历史简介  43-44
    2．6．2 液晶显示器工作原理  44-45
    2．6．3 液品显示器技术指标  45-46
    2．6．4 TFT LCD液品显示器的主要优点  46
  2．7 本章小结  46-47
第三章裸眼立体显示器的光学原理及结构研究  47-67
  3．1 双目立体视觉几何模型  47-48
  3．2 视差的类型及其在平面显示器上的表示  48-49
  3．3 裸眼立体显示器的亚屏幕分区  49-51
  3．4 线光源照明的截面光路研究  51-55
  3．5 原理样机的研制  55-58
    3．5．1 线光源的产生  55-56
    3．5．2 立体显示器原理样机屏体结构  56-57
    3．5．3 原理样机的立体显示效果实验  57-58
  3．6 可 2D/3D兼容的裸眼立体液品屏  58-64
    3．6．1 可控照明板设计制造  58-59
    3．6．2 立体显示液晶屏光学结构及其设计  59-61
    3．6．3 立体显示液晶屏的动态装配  61-63
    3．6．4 动态装配法的效果分析  63-64
  3．7 裸眼立体显示器系统结构  64-66
  3．8 本章小结  66-67
第四章立体对图像和视频变换技术研究  67-83
  4．1 彩色图像显示与液晶像素的关系  67-69
    4．1．1 液晶像素排列方式  67-68
    4．1．2 图像和液晶像素的数学关系  68-69
  4．2 亚屏幕分区  69-70
  4．3 立体图像格式  70-73
  4．4 立体对图像的亚屏幕映射  73-74
  4．5 立体对图像至亚屏幕的转换方法  74-79
    4．5．1 软件方法  74-77
    4．5．2 硬件方法  77-79
  4．6 传统立体格式及其兼容  79-82
    4．6．1 传统立体格式介绍  79-81
    4．6．2 裸眼立体显示器对立体视频格式的兼容  81-82
  4．7 本章小结  82-83
第五章裸眼立体显示器显示效果的评价方法研究  83-109
  5．1 裸眼立体显示器独立视区的三维空间分布  83-85
  5．2 裸眼立体显示器效果的评定参数  85-88
    5．2．1 立体效果及其评定  85-86
    5．2．2 立体度参数的提出  86-88
  5．3 立体度测量数据处理  88-95
    5．3．1 亮度的分离  88-90
    5．3．2 立体度数据处理实例  90
    5．3．3 立体度参数的意义  90-91
    5．3．4 使用不同测试图块的自属图像和他属图像的亮度三维图  91-95
  5．4 裸眼立体显示器视觉特性的测量研究  95-108
    5．4．1 复合坐标系 CCD传感器定位装置的设计  96-97
    5．4．2 视觉特性的测量  97
    5．4．3 700 mm距离的测量试验  97-100
    5．4．4 650 mm距离的试验  100-103
    5．4．5 750 mm距离的试验  103-106
    5．4．6 三个位置测量曲线及立体度的对比分析  106-108
  5．5 本章小结  108-109
第六章基于 CCD视线跟踪的环视裸眼立体显示器研究  109-125
  6．1 环视裸眼立体显示器的原理研究  109-111
  6．2 独立视区边界在 CCD视场中位置研究  111-117
  6．3 眼睛跟踪及视区判定方法研究  117-124
  6．4 本章小结  124-125
第七章彩色立体显示关键技术研究的总结与展望  125-128
  7．1 论文及研究总结  125-126
  7．2 论文创新点  126-127
  7．3 未尽的工作  127
  7．4 研究展望  127-128
附录不同独立视区拍摄的测试图块效果  128-129
参考文献  129-133
攻读博士学位期间发表的论文  133

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